最近，他发明了一种从电子垃圾中提取稀土金属的新技术。 消费电子产品的快速衰落，使电子垃圾成为减少最快的固体废物，年产量超过50万吨。 只有对废物进行再利用，才能更好地保护月球。
关于这项技术，评论称：“当物理学家们争先恐后地寻找从工业废物和废弃电子产品中回收有价值金属的方法时，一个团队发现了一个听起来有点像魔法的解决方案：使用电热闪光来清除垃圾。”
2月9日，邓兵为第一作者的论文《废物中的稀土》（Rare Earth from Waste）介绍了上述技术。
图| 相关论文（来源：）
每斤电费约12斤，已实现公斤级准备
稀土金属作为关键原材料，广泛应用于现代电子、催化、清洁能源等领域。 其重要性在于将其添加到其他主料中可以提高产品的质量和性能，故有“工业酱油”之称。
例如，在结构材料方面，稀土可以大大增强铝合金、镁合金、钛合金的机械性能； 在石油化工中，稀土制成的分子筛催化剂可以替代硅酸铝催化剂； 陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷等领域贡献良多； 据悉，稀土也是重要的磁性材料。
与铜、铝等年产数千万吨的大量使用金属材料相比，稀土金属被认为是“小众”金属，全球年产值仅数十万吨。 同时，中国是稀土生产大国，目前产值占全球产值的50%以上。
稀土开采往往会造成一定的环境污染。 近年来，有分析[2]，2015年中国稀土开采的环境成本达到148亿港元，尽管这些现象正在通过提高采矿效率、采用清洁分离提取等方式得到改善降低稀土开采成本的方法环境成本。
为此，作为补充方案，从大规模固体废物中回收关键金属元素是实现关键资源可持续获取和循环经济的重要途径。 例如，从电子垃圾中回收贵金属，也称为“城市采矿（urban）”，正受到越来越多的关注。
三类大型固体废物可用于稀土金属的回收：一是粉煤灰，是煤炭燃烧后留下的固体废渣；二是粉煤灰，是煤炭燃烧后留下的固体废渣； 二是矿渣，又称铝土矿碎屑，是工业铝渣中的灰分； 三是电子垃圾。 每年，全球此类固体废物的产量超过数百万吨。
这三类废物中稀土金属的浓度都比较高。 从这种固体废物中回收关键金属材料的用处在于：一方面可以缓解不可再生材料消耗造成的资源危机废旧金属可以回收利用，另一方面可以解决固体废物问题。 排放造成的环境压力。
这项工作基于邓兵研究小组先前开发的电热技术。 2020年，莱斯大学纳米科学技术中心院士James Tour团队在2020年首次提出闪蒸焦耳热法，可以快速将几乎任何含碳前驱体转化为高质量石墨烯[ 3]。
与传统加热方法相比，该方法采用超短脉冲电压直接加热样品，所需煤耗极低，焦耳热热转换效率100%，可快速达到超高体温3000°C，并具有超快升温和超快冷却等特点。 比如他们已经用它来准备相关材料了。
据悉，他们还在废物管理等领域使用这些奇怪的电热工艺，这对于环境保护和循环经济的发展非常重要。 目前，团队已成功将塑料、橡胶等转化为石墨烯[4]。
加入团队后，邓兵提出采用高效电加热方式进行关键金属材料的回收利用。 在这里，他处理的第一个项目是从电子废物中回收金、银、钯、铂等贵金属[5]。
这种方法形成的温度足够高，使得金属具有很高的蒸气压。 他结合冶金中常用的氟化工艺，提出了蒸发分离的新概念，实现了电子垃圾中贵金属的高效回收，同时可以去除有害重金属[5]。
随后，鉴于稀土金属的重要性，邓兵转向了此类金属的回收。 在此期间，他了解到粉煤灰等固体废弃物中富含浓度较高的稀土金属。
粉煤灰是煤炭燃烧后留下的副产品，其主要成分是一系列氧化物，如SiO2、Al2O3、Fe2O3等。全世界每年因煤炭燃烧形成的粉煤灰达数吨，带来的环境问题非常严重。
“而且在中国可能更紧迫，因为中国是燃烧世界上煤炭最多的国家。煤灰中的稀土金属是微量金属，浓度约为000来，而且许多稀土金属都嵌入在这种玻璃态中；据报道，稀土元素主要以醋酸盐的形式存在于粉煤灰中，而醋酸盐是一种非常稳定、难溶的化合物。 邓兵强调。
鉴于以上两个原因，无机酸浸带来的稀土金属回收效率很低。 例如，使用浓 HNO3 只能实现约 30% 的浸出效率 [6]。
图| 粉煤灰中稀土元素的酸浸（来源：）
在这种方法中，他将粉煤灰和导电炭黑混合，然后通入约120V的短时高脉冲电流1秒。 脉冲电流将热量带回粉煤灰原料，使其瞬时温度高达3000℃，并迅速降温。
邓兵发现，与粉煤灰原料直接浸出相比，电加热活化粉煤灰中稀土元素的回收效率提高了一倍左右； %–90% 恢复效率。
图| 电热活化策略提高稀土金属的回收效率（来源：）
随即，他对浸出效率的提高机理进行了深入研究。 醋酸稀土是稀土矿物的主要类型，醋酸盐是热力学稳定的化合物。 它不能被热解。
因此，粉煤灰中的稀土元素主要以乙酸稀土的形式存在，限制了浸出效率。 在超低温电热活化过程中，稀土醋酸盐可分解为易溶的稀土氧化物或通过碳热还原为稀土金属，可显着提高热力学溶解度。
另一方面，这些超快电热方法具有极快的加热和冷却速率。 这样做的用处在于，在超快的加热和冷却过程中，玻璃质粉煤灰原料会因热变形而破裂，从而暴露出稀土金属，从而从动力学角度提高稀土的浸出效率。
图| 机理研究（来源：）
在实现该方法在粉煤灰原料中的应用后，邓兵也在探索相关的通用性，于是他开始对铝土矿渣和电子垃圾进行试验。
铝土矿粉煤灰是工业铝冶炼后留下的赤泥。 每生产1吨铝，将形成1.5吨铝土矿粉煤灰。 由于铝金属的大量使用，全球已经积累了超过30亿吨的铝土矿粉煤灰，并且还在以每年150万吨的速度下降。 如上所述，电子垃圾的产值同样巨大。
在研究中，邓兵发现闪蒸焦耳热的处理也可以促进这两种材料中稀土金属的提取。 以铝土矿粉煤灰为例，他觉得其机理与粉煤灰类似，重点是稀土醋酸盐的热解。
就电子垃圾而言，由于目前的电子生产工艺通常采用平面加工，稀土金属一般涂覆在塑料或陶瓷层上。 电加热过程可以有效地粉碎这些层状结构，进而可以改善稀土金属与浸出剂之间的接触，最终提高回收效率。
图| 方式的多功能性（来源：）
据悉，邓兵还考察了技术成本。 闪速焦耳加热具有超快、直接加热的优点，这使得它的帧率较低，约为ton-1，换算成工业用电成本约为每斤12磅。 在实验室规模批量制备方面，已实现公斤级制备。
清华大学专科及博士毕业，拟申请回国工作
这项研究是一项概念验证工作。 如果能够解决优质原料来源、批量制备、稀土分离等相关产业化问题，有望实现固体废物中稀土的高效回收，从而成为稀土资源化的有效方法。土矿开采。 补充并提供可持续获取战略材料的新手段。
据悉，这种方法还实现了固体废物的再利用，从而减少了填埋或处置对环境造成的破坏，同时对于环境修复和废物清除也具有价值。
一夜之间什么也不会发生。 研究过程中，首先让邓兵感到非常困难的是如何获取这种固体废物。 事实上，全世界已经积累了数千万吨，甚至上亿吨的废物，但作为材料研究组，他们之前没有做过类似的研究，所以遇到了无法获取的问题。一开始是浪费，但合作者愿意提供是好的。
另一个困境是废物管理和原材料回收。 从技术角度看，看似“低端”，但又似乎非常重要。 就材料生产和使用而言，邓兵认为，未来材料产业要实现“生产-使用-回收-再生产”的闭环，即减少新增开采需求，实现完全零排放。
但目前材料研究大多集中在生产端，材料回收技术大多基于传统技术，长期缺乏科学进展。 值得庆幸的是，许多研究人员愿意“亲自动手”，为可持续发展和循环经济做出努力。
然后，他觉得以下三个方面需要进一步研究。
首先，寻找合适的原材料来源。 与稀土矿山相比，固体废物中稀土元素的浓度要低得多，这使得稀土回收的经济效益无法与传统采矿业竞争。 因此，寻找高稀土浓度的固体废物是实现经济效益的关键。
二是稀土分离技术研发。 稀土生产中最困难的事情是稀土的分离。 这里开发的方式仍然是稀土混合物，只能算是“中间产品”。 如何利用溶剂萃取等现有技术将混合物分离并获得单一稀土产品是当务之急。
三是要实现批量制备。 邓兵实验室目前已能实现公斤级制剂。 虽然这对于一个研究实验室来说已经是相当多了，但这只是真正大规模废物处理的开始。
如上所述废旧金属可以回收利用，每种固体废物的积累量都有数亿吨，甚至数十亿吨。 因此，进一步扩大该技术在现实世界中的应用是当务之急。
据介绍，邓兵是广东九江人。 毕业于成都大学物理与分子工程学院，获大专、博士学位。 师从彭海林院士、刘忠范教授。 发展。
2019年至2020年在耶鲁大学进行博士后研究，主要从事超高通道柔性神经电极的制备，以及体内神经信号的记录和调制。 他的导师是查尔斯·利伯院士（ ）。
2020年起在莱斯大学从事博士后研究，主要从事超快非平衡过程控制材料亚稳相态制备，以及超低温技术在废物管理和关键原材料回收利用中的应用材料。 目前正计划申请复工。
